经济型掩护式液压支架的设计

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分两种情况代入进行数据计算： (a) 平衡千斤顶为推力时：

p3?313.1kN

l2?0.3m,l3?1.363m,h1?0.15m,h2?0.1m,h3?0.218m,hk?0.15m,?1?21,?2?9.1,w?0.3,p1?1960kN计算得：F1?1780.7kN,x?0.663m （b）平衡千斤顶为拉力时：

oo

p3?316.9.1kN

l2?0.3m,l3?1.363m,h1?0.15m,h2?0.1m,h3?0.218m,hk?0.15m,?1?21,?2?9.1,w?0.3,p1?1960kN计算得：F1?1827.4kN,x?0.640m

注意：平衡千斤顶为推力时，p3取“十” ； 平衡千斤顶为拉力时，p3取“－”。

oo

4.3.2 各主要参数的影响

掩护式支架在工作过程中，各主要部件的受力是变化的，其影响因素有诸多方面。

(1) 立柱倾角对承载能力的影响

由于掩护式和支撑掩护式支架的立柱大部分是倾斜布置的，倾角?又随着支架的高度变化，所以支架的承载能力的大小也随着支架的高度而变化。现在?对承载能力的影响。

立柱支撑在顶梁，当立柱的工作阻力为PB，倾角为?时，显然支架的承载能力与PBCOS?有直接的关系。因为COS?? 57

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≤1，因此立柱倾斜布置将使支架的承载能力降低。?角和COS?之间的关系表示在右图中。由图看到，当?<15?时，COS?>0.95，支架的承载能力降低值不等大于５％。当>26时，COS?<0.90，所以支架承载能力将显著的减小。因此丛支架承载能力的角度看，立柱倾角不要大于15?。但是，有些支架为了使高度变化的范围增大，角往往大于30?。

(2) tgθ值对支架承载能力的影响

在以上各式中有多项公式包含tgθ，分析如下：

O点是瞬时中心，随着支架高度的变化，O点 的位置也发生变化，tgθ也跟着发生变化。当O点在顶梁上方时，tgθ取正值。当O点在顶梁下方时tgθ取负值。

tgθ值增加，附加力增加。当摩擦系数W＝0.3，tgθ=0.1时，附加力可达支架名义工作阻力的30％。所以tgθ值过大对支架受力不利。在支架的工作高度范围内，一般把tgθ值控制在0.35以下，从而把附加力控制在支架名义工作阻力的10％范围内。（详细分析间《液压支架》课本张家鉴 主编此处不再赘述）

最后，必须指出，tgθ不仅对承载能力有影响，而且对各受力部件有影响，并相当复杂，因此tgθ是大是小，由具体情况而定。

(3) 支架承载能力随高度的变化

由支架载荷PA的计算式直到，其中?、?、l是随高度而变化的，因此支架的支撑力也就随着高度而变化。在调高范围内，支架的承载能力在两侧的高度内比较小。一般情况下，掩护式支架常用加大立柱的倾角来扩大支架的调高范围。而?角越大，支架的承载能力越小。所以支架的调高范围越大，承载力变化越大。但是支架在设计中一般都要按可能的最大承载力来设计，显然这就使支架不能发挥应有的作用，在很大的一段承载范围内就要大材小用。所以设计掩护式或支撑掩护式支架时，应特别注意使支架承载力在整范围内的变化尽量小。

另外指出，支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、掩护梁和四连杆机构的角度等的不同，使受力也不同。

在进行强度计算时，要以顶梁承受最大负荷时的支护高度为依据，按此时的工况进行受力分析。

(4) 摩擦系数的影响

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① 对支架承载能力的影响 摩擦系数对支架承载能力的影响表现在

11?tg?项中。产生水平载荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根据具体情况而变化。但是，它的极限值却可以用顶梁和顶板支间产生相对滑动时的极限摩擦力求得。即壁系数断裂极限值fmax等于顶梁和顶板的摩擦系数。所以此值的大小在0～fmax范围内变化。

水平载荷的方向可以只考虑向后作用，也就是从煤壁向老塘的方向作用。加入顶梁上受向前的水平载荷，很容易使支架向前倾倒，这种趋势使顶梁对于顶板向前滑动，则水平载荷又变成向后作用。f值在

1中随承载能力有很大影响。只有

1?tg?tgθ值很小时，ftg?才能忽略不计。

② 对连杆受力影响 由连杆受力p5和P6的计算式可以看出，摩擦力对连杆

E5和E6就逐渐增大，受力的影响表现在fPASinE5和fPASinE6项中。当支架升高时，SinE5和SinE6也就逐渐变大。因此，随着支架的高度，摩擦力对连杆的影响逐渐

增大。

(5) 杆水平角对连杆受力的影响

由p5和P6的计算式可知，当它的分母为零时，p5和P6将无限大。因此其极限条件为：

Sin(E5?E6)?0

得： E6?E5＝0 即： E6?E5

当分母等于1时，p5和P6得最小值，其条件为：

Sin(E6?E5)?1

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E6?E5＝90?

由以上两个条件得到下列结论，前后连杆不能平行放置，前后连杆的水平支架必须要有差值，从连杆受力的角度着眼，其差值应越大越好，极限差是90?。

4.3.3 主要部件的强度校核

强度条件

(1) 强度校核均从材料的屈服极限计算安全系数 (2) 结构件，销柱，活塞杆的屈服极限及强度条件

① 各结构件受力普通低合金结构钢为15MnVN或16Mn钢板焊接成，取极限4500Kg/㎝2或34335N/㎝2

② 主要销柱均采用合金结构钢为35CrMo元钢，取屈服极限5500 Kg/㎝2

③ 活塞杆均采用45钢，取屈服极限3600 Kg/㎝2 ④ 以上主要件的强度条件为 n = ?s/?max≥[n]

其中 ?max:危险断面计算出的最大应力

[n]：许用安全系数

(3) 缸体材料采用27SiMn无缝钢管，取抗拉强度1000 Kg/㎝2强度条件为 n =

?b /[?],式中[?]—缸体许用应力Kg/㎝2

(4) 焊接抗拉强度取?b = 5500 Kg/㎝2,其强度条件为 n=?b/?≥[n]其中T为计算出的焊接应力

(5) 许用挤压应力按下式进行计算 [?0] = 0.75Ts

(6) 各结构件钢板应选用标准尺寸 (7) 安全系数，各安全系数如下所示

前 梁：1.1 顶 梁：1.1 底 座：1.1 掩护梁：1.3 活塞杆>1.4 前连杆：1.3 后连杆：1.3 立 柱：1.3 缸 体：3.3 焊 缝：3.3 注：顶梁底座安全系数为1.1，主要考虑加载时加载到工作阻力1.1倍，掩护梁、连杆、销轴不能进行加载强度校核，为便于安全取1.3，各结构件计算出来的安全系数

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